双余度无刷直流电机控制系统探究

1、双余度无刷直流电机控制系统探究摘要：在复杂工况条件下，由于维修不便，对无刷直流电 机的可靠性要求较高。双余度无刷直流电机则能较好的解决 此问题。本文设计了基于dsp的双余度无刷直流电动机驱动 控制系统，详细介绍了系统dsp控制器的硬件电路设计，实 现对电动机的位置、速度和电流的检测，给出了系统软件设 计方案及控制策略，从而实现对整个系统的控制。结果表明,该控制系统，硬件电路结构简单，系统实时性好，响应快， 具有良好的控制性能及动态特性。关键词：双余度无刷直流电机 控制系统dsp中图分类号:tm33文献标识码：a文章编号:1007-9416(2012) 11-0029-031、引言无刷直流电机是

2、电力电子技术、传感器技术和永磁材料 技术结合的产物，高性能永磁体的采用简化了电机结构，提 高了电机的功率密度，电子换向线路取代机械换向线路提高 了电机的可靠性和易维护程度，同时电机的转速升高不再受 机械换向的影响1。是国内外公认的新一代航空、航天电 机的重要发展方向，其驱动和控制技术的研究被广泛研究 。余度技术是提高系统可靠性和安全性的一种手段，在故 障出现时仍能完成系统任务3。这在航空航天、井下矿用 等工作环境中，不能或者很难维修的情况下，双余度无刷直 流电机对于提高工作的可靠性就起到很大的作用4。本文依据双余度无刷直流电机的特点，设计了一种双余 度无刷直流电机的控制系统。该系统有效的解决了

3、两套余度 同时工作的问题，测试结果表明，该系统具有良好的控制性 能和动态性能。2、控制系统结构控制器的核心为dsp芯片，它完成霍尔信号边沿跳变的 捕获，换向逻辑的计算，功率管脉宽调制信号的输出，电压 电流传感器输出模拟信号的ad转换。上位机与主控芯片dsp 之间通过rs232总线进行通信，实现系统的监测和控制指令 的传输。系统结构框图如图1所示。3、系统硬件设计3. 1 主控芯片本控制系统的核心部件是dsp tms320f28335,具有高 性能外设的32位浮点型微处理器。它集成了浮点单元简化 了开发过程并将控制应用的速度平均提高50%o 28335是目 前广泛使用的2812的换代产品5。3.

4、2系统电源设计系统要求一路270v直流供电，需要对控制系统各部分 进行电源转换。除3.3v转1.9v的电源芯片外，其它芯片都 为dc/dc模块。270v转24v电路原理图如图2所示。3.3 dsp电源和时钟图3为dsp电源电路原理图。电源包括内核电源、10引脚电源和flash电源。采用 tps76801q将3. 3v转换成1. 9v。外部晶振产生30m的时钟, 接入外部时钟输入引脚xclkino引脚xi接地。3. 4 i/o电路输入信号包括按钮开关、霍尔信号，输出信号为pwm和 故障指示信号。10电路如图4所示。si、s2、s3为开关信号，分别控制a余度启停、b余度 启停和正反转信号。为复位信

5、号。输出pwm1pwm6控制电 机a余度，pwm7pwm12控制电机b余度。ecap1ecap3为 a余度霍尔位置信号,ecap4ecap6为b余度霍尔位置信号。 d1d7为系统指示灯，可用于指示系统的运行情况。3. 5驱动电路驱动电路采用三相桥专用的集成驱动芯片ir2130。门极 驱动供电压为1020v。a余度的驱动电路的原理图如图5 所示。3.6电流检测电路为了能够使用电流分析法进行电机故障识别，需要设计 高精度的电流检测电路电流检测电路如图6所示，分别为相 电流检测和线电流检测电路。3、7a/d转换电路dsp的ad模块为12位，可以对模拟信号快速进行多路 ad转换。进行ad转换的信号有模

6、拟的转速给定信号，母线 电压信号和线电流、相电流信号。ad转换的原理图如图7所 不o4、系统软件设计主程序声明和初始化系统变量，声明中断服务程序和需 要调用的子函数。主程序程序流程图如图8所示。声明变量和函数，并将中断服务程序与中断向量表联 系，使能中断，初始化外设模块。系统初始化完成后，主程 序查询标志位的改变，执行相应的操作。标志位的改变通过 按键输入、sci接收数据以及程序自身的运行实现。5、实验结果对由tms320f28335 dsp芯片构成的双余度无刷直流电 动机控制系统进行了试验，试验对象为一台双余度无刷直流 电动机，额定转速2000 r/min,额定电压270v, 4对极。其空载

7、双余度开环电流如图9所示。在带0. 4n/m的负载时，其电流波形如图10所示。两个余度的空载和负载电流波形显示，两余度的电流形 状和幅值一致性好。6、结论采用tms320f28335 dsp芯片设计了双余度永磁无刷直流电动机控制系统，该系统控制电路结构简单，易于调试和 工程实现。实验证明该系统实时性好，响应快，具有良好的 控制性能及动态特性。同时该系统还具有体积小、重量轻， 可靠性高等优点，非常适合于防爆、防腐、航空、航天等可 靠性要求高的特殊场合。参考文献1 lawler j s, bailey j m, mckeever j w, et al. extending the constant

8、 power speed range of the brushless dc motor through dual-modeinvertercontrolj.powerelectronics, ieee transactions on, 2004, 19(3)： 783-793.2 夏长亮无刷直流电机控制系统m北京市：科学 出版社，2009.3 董慧芬，周元钧，沈颂华.双通道无刷直流电动机 容错动态性能分析j.中国电机工程学报，2007(21)： 89-94.4 byoung-gun p, kui-jun l, rae-young k,et al.simple fault diagnosisbased onoperatingcharacteristicofbrushlessdirect-curren